De PCB World
Los equipos electrónicos generan calor durante su funcionamiento, lo que provoca un rápido aumento de su temperatura interna. Si este calor no se disipa a tiempo, el equipo continuará calentándose y fallará por sobrecalentamiento. Esto reducirá la fiabilidad del rendimiento del equipo electrónico.
Por lo tanto, es fundamental realizar un buen tratamiento de disipación de calor en la placa de circuito impreso. La disipación de calor de la placa PCB es un aspecto fundamental, así que analicemos su técnica a continuación.
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Disipación de calor a través de la propia placa PCB Las placas PCB ampliamente utilizadas en la actualidad son sustratos de tela de vidrio revestidos de cobre/epoxi o sustratos de tela de vidrio de resina fenólica, y se utiliza una pequeña cantidad de placas revestidas de cobre a base de papel.
Si bien estos sustratos poseen excelentes propiedades eléctricas y de procesamiento, su disipación térmica es deficiente. Como método de disipación para componentes con alta temperatura, es casi imposible esperar que el calor sea conducido por la resina de la propia PCB, sino que se disipe desde la superficie del componente al aire circundante.
Sin embargo, a medida que los productos electrónicos han entrado en la era de la miniaturización de componentes, el montaje de alta densidad y el ensamblaje de alto calentamiento, no es suficiente confiar en la superficie de un componente con un área de superficie muy pequeña para disipar el calor.
Al mismo tiempo, debido al uso generalizado de componentes de montaje superficial como QFP y BGA, el calor generado por estos se transfiere a la placa PCB en gran medida. Por lo tanto, la mejor manera de solucionar el problema de la disipación de calor es mejorar la capacidad de disipación de la propia PCB, que está en contacto directo con el elemento calefactor, ya sea por conducción o radiación.
Diseño de PCB
Los dispositivos sensibles al calor se colocan en la zona del viento frío.
El dispositivo de detección de temperatura se coloca en la posición más caliente.
Los dispositivos en la misma placa deben estar dispuestos, en la medida de lo posible, según su poder calorífico y su grado de disipación de calor. Los dispositivos con bajo poder calorífico o baja resistencia térmica (como transistores de señal pequeños, circuitos integrados de pequeña escala, condensadores electrolíticos, etc.) deben ubicarse en el flujo de aire de refrigeración. El flujo superior (en la entrada) y los dispositivos con alta resistencia térmica (como transistores de potencia, circuitos integrados de gran escala, etc.) se ubican aguas abajo del flujo de aire de refrigeración.
En la dirección horizontal, los dispositivos de alta potencia se colocan lo más cerca posible del borde de la placa impresa para acortar la trayectoria de transferencia de calor; en la dirección vertical, los dispositivos de alta potencia se colocan lo más cerca posible de la parte superior de la placa impresa para reducir el impacto de estos dispositivos en la temperatura de otros dispositivos cuando funcionan.
La disipación de calor de la placa impresa en el equipo depende principalmente del flujo de aire, por lo que se debe estudiar la trayectoria del flujo de aire durante el diseño y configurar razonablemente el dispositivo o la placa de circuito impreso.
A menudo es difícil lograr una distribución uniforme y estricta durante el proceso de diseño, pero deben evitarse las áreas con una densidad de potencia demasiado alta para evitar que los puntos calientes afecten el funcionamiento normal de todo el circuito.
Si es posible, es necesario analizar la eficiencia térmica del circuito impreso. Por ejemplo, el módulo de análisis del índice de eficiencia térmica incluido en algunos programas profesionales de diseño de PCB puede ayudar a los diseñadores a optimizar el diseño del circuito.
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Componentes con alta generación de calor, además de radiadores y placas conductoras de calor. Cuando un pequeño número de componentes en la PCB genera una gran cantidad de calor (menos de 3), se puede añadir un disipador de calor o un tubo de calor a los componentes generadores de calor. Si no se puede reducir la temperatura, se puede utilizar un radiador con ventilador para mejorar la disipación del calor.
Cuando el número de dispositivos de calentamiento es elevado (más de 3), se puede utilizar una cubierta de disipación de calor (placa) de gran tamaño. Esta cubierta consiste en un disipador de calor especial, personalizado según la posición y la altura del dispositivo de calentamiento en la PCB, o bien, un disipador de calor plano de gran tamaño, recortado a diferentes alturas para los componentes. La cubierta de disipación de calor está integrada en la superficie del componente y entra en contacto con cada componente para disipar el calor.
Sin embargo, la disipación térmica no es buena debido a la poca consistencia de la altura durante el ensamblaje y la soldadura de los componentes. Generalmente, se añade una almohadilla térmica suave de cambio de fase térmica a la superficie del componente para mejorar la disipación térmica.
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Para los equipos que adoptan enfriamiento de aire por convección libre, es mejor disponer los circuitos integrados (u otros dispositivos) de manera vertical u horizontal.
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Adopte un diseño de cableado razonable para lograr la disipación térmica. Dado que la resina de la placa tiene baja conductividad térmica y que las líneas y los orificios de la lámina de cobre son buenos conductores térmicos, aumentar la cantidad restante de lámina de cobre y los orificios conductores térmicos son los principales medios de disipación. Para evaluar la capacidad de disipación térmica de la PCB, es necesario calcular la conductividad térmica equivalente (nueve eq) del material compuesto, compuesto por diversos materiales con diferente conductividad térmica: el sustrato aislante de la PCB.
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Los dispositivos en la misma placa deben estar dispuestos, en la medida de lo posible, según su poder calorífico y su grado de disipación de calor. Los dispositivos con bajo poder calorífico o baja resistencia térmica (como transistores de baja señal, circuitos integrados de pequeña escala, condensadores electrolíticos, etc.) deben ubicarse en el flujo de aire de refrigeración. El flujo superior (en la entrada) y los dispositivos con alta resistencia térmica (como transistores de potencia, circuitos integrados de gran escala, etc.) se ubican aguas abajo del flujo de aire de refrigeración.
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En la dirección horizontal, los dispositivos de alta potencia se disponen lo más cerca posible del borde de la placa impresa para acortar la trayectoria de transferencia de calor; en la dirección vertical, los dispositivos de alta potencia se disponen lo más cerca posible de la parte superior de la placa impresa para reducir la influencia de estos dispositivos en la temperatura de otros dispositivos.
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La disipación de calor de la placa impresa en el equipo depende principalmente del flujo de aire, por lo que se debe estudiar la trayectoria del flujo de aire durante el diseño y configurar razonablemente el dispositivo o la placa de circuito impreso.
Cuando el aire fluye, siempre tiende a fluir en lugares con baja resistencia, por lo que al configurar dispositivos en una placa de circuito impreso, evite dejar un gran espacio de aire en un área determinada.
La configuración de múltiples placas de circuito impreso en toda la máquina también debe prestar atención al mismo problema.
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El dispositivo sensible a la temperatura se coloca mejor en la zona de menor temperatura (como la parte inferior). Nunca lo coloque directamente sobre el dispositivo de calentamiento. Es recomendable escalonar varios dispositivos en el plano horizontal.
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Coloque los dispositivos con mayor consumo de energía y generación de calor cerca de la mejor posición para disipar el calor. No coloque dispositivos que generen calor en las esquinas ni en los bordes periféricos de la placa, a menos que haya un disipador de calor cerca. Al diseñar la resistencia de potencia, elija un dispositivo lo más grande posible y asegúrese de que tenga suficiente espacio para disipar el calor al ajustar la disposición de la placa.
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Evite la concentración de puntos calientes en la PCB, distribuya la energía de manera uniforme en la placa PCB tanto como sea posible y mantenga el rendimiento de la temperatura de la superficie de la PCB uniforme y constante.
A menudo es difícil lograr una distribución uniforme y estricta durante el proceso de diseño, pero deben evitarse las áreas con una densidad de potencia demasiado alta para evitar que los puntos calientes afecten el funcionamiento normal de todo el circuito.
Si es posible, es necesario analizar la eficiencia térmica del circuito impreso. Por ejemplo, el módulo de análisis del índice de eficiencia térmica incluido en algunos programas profesionales de diseño de PCB puede ayudar a los diseñadores a optimizar el diseño del circuito.